JP2002302767A - スパッタリング装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパッタ中に形成されるノジュールをモニタ
する機能を具えたマグネトロンスパッタリング装置と、
されに、ノジュール除去機能を具えたマグネトロンスパ
ッタリング装置とその方法を提供すること。 【解決手段】 成膜室１にターゲット２の表面を撮像す
る撮像手段１１を設け、この撮像手段１１からの撮像デ
ータによる画像処理手段１２による画像処理の結果と、
アークエネルギーをモニタした結果からターゲット２の
クリーニング時期を報知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、液晶等に
使用する金属膜を成膜するスパッタリング装置とその方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に知られているように、マグネトロ
ンスパッタリングを行っていくと、スパッタリング装置
に設けられているターゲットに均一の磁場を発生できな
い場合、ターゲット上には、その場合の磁場分布によっ
て、エロージョン（侵食）領域と非エロージヨン領域が
形成される。そして、非エロージヨン領域に、ターゲッ
トから飛散されたスパッタ粒子が再付着し、更に、これ
が直径が１００μｍ程度のノジュール（突起）へと成長
し始める。このノジュールはターゲットの使用時間が長
くなるとその数が増加する。その結果、ノジュールは電
界集中等を誘発し、アークを発生させスプラッツとな
り、被加工体である成膜基板上にダストとして堆積して
しまう。

【０００３】このため、金属ターゲットで基板に金属配
線膜を成膜する場合に、基板に形成されている配線同士
が導通したり、また、露光工程ではマスクとなってしま
い、それにより配線不良を引き起こす問題がある。さら
に、形状不良となる問題もある。液晶、半導体等ではこ
れらのダストによる微小欠陥はそのデバイス自体の不良
となってしまう。

【０００４】ところで、市販されている液晶用マグネト
ロンスパッタリング装置には、液晶用基板へのダスト付
着を低減するために、液晶用基板の搬送の際は水平だっ
たものを、スパッタリング装置による成膜の際には、液
晶用基板を垂直方向に立ち上げているものも存在する。
これにより、液晶基板の表面にターゲットから飛散され
たスパッタ粒子が再付着を減少させている。これらの装
置では、ノジュール等により発生するアークは、アーク
発生時の電圧降下をアークモニタでモニタし、その結果
によりアーク電流を抑制するアークカット回路が備えら
れている。

【０００５】なお、アークモニタは、電圧降下をモニタ
してアーク電流と電圧の時間積分からアークエネルギー
としてモニタしている。

【０００６】また、特開平６−９３４３９号公報には、
ターゲット表面の吸着ガスやターゲット中の酸素やＡｒ
を除去したり、ターゲット表面の凹凸を平坦化するため
にＨｅ−Ｎｅレーザやイオンビームを照射する技術が開
示されている

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
市販されているマグネトロンスパッタリング装置では、
ターゲット表面にスパッタされた粒子が堆積してノジュ
ールが形成されるのは避けられない。このノジュールは
ターゲットの使用時間が長くなるとその数が増加する。
また、このノジュールは電界集中等を誘発し、アークを
発生させスプラッツとなり、成膜基板上にダストとして
堆積してしまう。そのため、アーク発生時の電圧降下を
モニタしアーク電流を抑制するアークカット回路が備え
られている。

【０００８】しかし、必ずしもノジュール発生が原因で
アークが発生するわけではないため、アーク発生頻度の
みをモニタしていてもターゲット面をクリーニングする
時期ではない場合がある。

【０００９】また、特開平６−９３４３９号公報には、
ターゲット表面の吸着ガスやターゲット中の酸素やＡｒ
を除去したり、ターゲット表面の凹凸を平坦化するため
のもので、ノジュールを除去する目的のものではない、
この場合、仮にノジュールを除去する効果が付随的に存
在していても、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置からのレーザ光の
照射位置が固定されている構造であるので、ターゲット
の任意の位置に発生するノジュールを適切に除去するこ
とはできない。

【００１０】本発明はこれらの事情に基づいてなされた
もので、スパッタ中に形成されるノジュールをモニタす
る機能を具えたスパッタリング装置と、さらに、ノジュ
ール除去機能を具えたスパッタリング装置とその方法を
提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、内部にターゲットおよび被処理体を対向配
置可能に設けられた処理室と、前記処理室に設けられた
窓を介して前記ターゲットに対して光を照射する照明手
段と、前記ターゲットの表面を撮像する撮像手段と、前
記撮像手段からの情報に基づき前記ターゲット表面に形
成されたノジュールの数および発生エリアを推定する推
定手段とを備えたことを特徴とするスパッタリング装置
である。

【００１２】また請求項２の発明による手段によれば、
前記ターゲットに接続される直流電源と、前記直流電源
の電流および電圧を検出し、前記処理室内で発生するア
ーク放電を検出する手段とを有し、前記アーク放電の検
出結果と前記推定手段により推定したノジュール数から
前記処理室のクリーニング時期を算出する手段とを有す
ることを特徴とするスパッタリング装置である。

【００１３】また請求項３の発明による手段によれば、
前記ノジュールに対してレーザ光を照射する手段を有す
ることを特徴とするスパソタリング装置である。

【００１４】また請求項４の発明による手段によれば、
処理室内に設けられたターゲット表面に光を照射する工
程と、光が照射された前記ターゲット表面を撮像する工
程と、撮像情報に基づき前記ターゲット表面のノジュー
ル数および発生エリアを推定する工程と、前記ターゲッ
トに供給する直流電流の電流および電圧を検出してアー
ク放電の発生を検出する工程と、前記ターゲット表面の
ノジュール数、発生エリアおよびアーク放電の検出結果
に基づきクリーニングのタイミングを設定する工程とを
有することを特徴とするスパッタリング方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１６】図１は、本発明のスパッタリング装置の模
式構成図である。

【００１７】Ａｒガス等が供給され、１ｍＴｏｒｒ程度
の圧力に維持される成膜室１の一側壁面には、立位状態
でＭｏＷ合金で形成された陰極を形成するターゲット２
が密接している。このターゲット２の後方はパッキング
プレート３で成膜室１をシールドしている。このパッキ
ングプレート３の内部には、ターゲット２の面に平行に
走査するマグネット(不図示)が設けられている。成膜室
１の中央部のターゲット２と対向する位置には、立位状
態の基板保持体４が配置されている。

【００１８】この基板保持体４は、被処理体５である液
晶表示装置用のガラス基板等の外周部を保持するで、ス
パッタリング処理の際は被処理体５を立位状態でターゲ
ット２に対向させ、成膜室１に被処理体５を搬入する際
や、スパッタリング処理後に成膜室１から排出する際に
は、回動軸が矢印Ａ方向にモータ（不図示）によって回
動するのに伴って水平状態に切り替わる。ターゲット２
が設けられた側壁と対向する側壁には、開閉自在な出入
窓６が設けられており、出入窓６の外側には被処理体５
を搬送する搬送路７が配置されている。

【００１９】また、出入窓6の上方には、ターゲット２
と対向する位置に覗き窓８ａが設けられている。また、
成膜室１の天井や他の側壁（紙面に水平方向の）にも覗
き窓８ｂ設けられている。天井に設けられた覗き窓８ｂ
の外側にはランプ９が配置されており、覗き窓８を通し
てターゲット２の表面を照射している。このランプ９
は、ターゲット２の表面に対して前方の斜め方向から照
射するように配置されている。また、側壁に設けられた
覗き窓８ａの外側にはＣＣＤカメラ１１が配置されてい
る。したがって、ＣＣＤカメラ１１によりターゲット２
の表面を撮像して画像データにより、ターゲット２の表
面をモニタすることができるようになっている。

【００２０】ＣＣＤカメラ１１の出力側はパーソナルコ
ンピュータ（ＰＣ）１２の画像処理ポート１３に接続さ
れている。また、このＰＣ１２は制御ＰＣ１４に接続さ
れており、制御ＰＣ１４はアークモニタ１５に接続され
ている。

【００２１】一方、ターゲット２には、アーク検出器１
６、アークカット回路１７および直流電源１８が接続さ
れており、この直流電流１８は接地されている。また、
アーク検出器１６は出力側の一つがアークモニタ１５に
接続されている。

【００２２】図２は、アーク検出器１６、アークカット
回路１７および直流電源１８の接続関係を示す回路図の
一例である。直流電源１８には並列に抵抗２１と電圧計
２２が接続されており、抵抗２１に直列に電流計２３が
接続されている。また、直流電源１８の一方はターゲッ
ト２に接続されており、他方は接地されている。

【００２３】これらの構成により、ランプ９によりター
ゲット２の表面を斜光により照明した状態をＣＣＤカメ
ラ１１で撮像する。ターゲット２の表面にノジュールが
存在しないで平坦の場合は、ターゲット２の全面の照度
がほぼ均一になる。これに対して、ターゲット２の表面
にノジュールが形成されてくるとランプ９の光が散乱さ
れて輝点となり、照度むらが生じてくる。

【００２４】この輝点による照度むらが生じた画像をＣ
ＣＤカメラ１１で撮像し、その画像データを画像処理ポ
ート１３を介してＰＣ１２に取り込み画像処理を行っ
て、ノジュールの個数とその発生エリアを算出する。こ
のノジュールの個数とその発生エリアの算出は、２値化
した画像データを、所定の閾値で明部分と暗部分とに分
離して、分離した明部分のエリアの面積により、予め実
験により確認されているデータと比較してノジュールの
数を推定する。この場合、明部分のエリアが一定値以上
になったものをノジュール数ｎとしてカウントする。ま
た、ノジュールの発生エリアは、明部分の座標により算
出することができる。

【００２５】一方、アーク検出器１６によりアーク発生
回数を検出する。アーク放電がはじまると、低い端子電
圧のもとに大なる電流が流れるので、電流計２３により
これを検出すれば、アークの発生回数を検出することが
できる。

【００２６】これらにより、アークの発生をモニタして
いる電流計２３と電圧計２２からの計測結果による電流
と電圧の時間積分が得られる、それらにより、アークエ
ネルギーが１０ｍＪ以上のアーク発生回数又はアークカ
ット動作回数ａと、ノジュール数ｎから、ｎ・ａ＞１と
なった場合は、装置制御ＰＣ１４の表示画面（不図示）
にターゲット２をクリーニングする要求を表示して報知
する。この表示により、ターゲット２のクリーニング時
期を認知して、ターゲット２に対してクリーニングを実
施する。

【００２７】ターゲット２のクリーニングは、例えば、
ダミー基板(不図示)を成膜室１の内部に搬送して設定
し、ターゲット２のクリーニングを開始する。クリーニ
ング時はアークカット回路１７の動作を停止しアーク電
流が流れる状態にしてアークを発生させる。発生したア
ークによりクリーニングを行う。

【００２８】その際、成膜時のガス圧の入力パワーを上
げてガス圧を上昇させて、Ａｒイオン密度をあげてＡｒ
イオンエネルギーを上昇させる。それにより、プラズマ
の密度が高くなる。また、同時に、マグネットの走査速
度を低下させる。マグネットの走査速度を低下させるこ
とにより、マグネットの位置ごとの磁場が高くなり、よ
り電子がトラップされる。

【００２９】次に、ターゲット２のクリーニングの別の
形態について説明する。

【００３０】図３は、別のターゲットクリーニング装置
を搭載したスパッタリング装置の模式構成図である。な
お、この装置は、図１に示した装置に別のターゲットク
リーニング装置を搭載したものであるので、図１と同一
機能部分には、同符号を付してその説明を省略する。

【００３１】ターゲットクリーニング装置３０は、固定
部３１と移動部３２とで構成され、双方が光学的に結合
している。移動部３２は固定部３１と光学関係を維持し
ながら矢印Ｂ方向に駆動装置により下降および上昇駆動
される。

【００３２】固定部３１はＱ−ＳＷ制御のＹＡＧレーザ
発振器３３とその光軸上の前方にミラー３４が配置され
ている。また、移動部３２はミラー３４の光軸上の前方
に、順次、２枚のガルバノミラー３５ａ、３５ｂ、全反
射ミラー３６およびｆθレンズ３７が光学的に配置され
ている。この移動部３２は下降時に、覗き窓８とＣＣＤ
カメラ１１の間に全反射ミラー３６及びｆθレンズ３７
が位置するように構成される。

【００３３】これらの構成により、図１に示した上述の
ノジュールモニタを搭載したスパッタリング装置の部分
により、ターゲット２のクリーニング要求が出され、タ
ーゲット２のクリーニング時期を認知すると、ターゲッ
ト２に対してクリーニングを実施する。

【００３４】ターゲット２のクリーニングは、スパッタ
リング処理を停止後に基板保持体４を水平状態に切り替
える。ターゲットクリーニング装置３０の移動部３２を
下降させ覗き窓８とＣＣＤカメラ１１の間に全反射ミラ
ー３６とｆθレンズ３７を位置させる。ＹＡＧレーザ発
振器３３からレーザ光を出力し、２枚のガルバノミラー
３５ａ、３５ｂを駆動装置（不図示）により所定タイミ
ングで駆動してレーザ光をスキャンし、ｆθレンズ３７
を通過してターゲット２の表面にレーザ光を照射する。
この照射は、ターゲット２の全面を照射する場合と、ノ
ジュールの発生しているエリアを照射する場合とがあ
る。ノジュールの発生しているエリアを照射する場合
は、あらかじめ、ＣＣＤカメラ１１でターゲット２を撮
像し、その出力をＰＣ１２による画像処理で位置認識
し、その位置認識した個所に対してレーザ光を照射す
る。

【００３５】レーザ光の照射エネルギーは、ターゲット
２の全面を照射する場合は、エネルギー密度は１Ｊ／ｃ
ｍ^２以下とし、ノジュールのエリアに対しては、ノジュ
ールの除去を目的にしているので、１Ｊ／ｃｍ^２以上に
設定している。

【００３６】以上に述べたように、ターゲット表面に形
成されたノジュール数をモニタするとともに、アーク発
生頻度とアークエネルギーを考慮して、ターゲットのク
リーニングの時期を正確に報知する。また、それによ
り、効率のよいターゲットクリーニングを行うことがで
きる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、ターゲットの表面のノ
ジュール数とアーク発生数をモニタすることで、最適な
ターゲットクリーニング時期を知ることがでる。また、
その結果を用いて、効率のよいターゲットクリーニング
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノジュールモニタを搭載したスパッタ
リング装置の模式構成図。

【図２】アーク検出器およびアークカット回路の回路
図。

【図３】本発明の別のターゲットクリーニング装置を搭
載したスパッタリング装置の模式構成図。

【符号の説明】

１…成膜室、２…ターゲット、４…基板保持体、５…被
処理体、８ａ、８ｂ…覗き窓、１１…ＣＣＤカメラ、１
５…アークモニタ、１６…アーク検出器、１７…アーク
カット回路、３０…ターゲットクリーニング装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にターゲットおよび被処理体を対向
   配置可能に設けられた処理室と、前記処理室に設けられ
   た窓を介して前記ターゲットに対して光を照射する照明
   手段と、前記ターゲットの表面を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段からの情報に基づき前記ターゲット表面に
   形成されたノジュールの数および発生エリアを推定する
   推定手段とを備えたことを特徴とするスパッタリング装
   置。
2. 【請求項２】 前記ターゲットに接続される直流電源
   と、前記直流電源の電流および電圧を検出し、前記処理
   室内で発生するアーク放電を検出する手段とを有し、前
   記アーク放電の検出結果と前記推定手段により推定した
   ノジュール数から前記処理室のクリーニング時期を算出
   する手段とを有することを特徴とする請求項１記載のス
   パッタリング装置。
3. 【請求項３】 前記ノジュールに対してレーザ光を照射
   する手段を有することを特徴とする請求項２記載のスパ
   ッタリング装置。
4. 【請求項４】 処理室内に設けられたターゲット表面に
   光を照射する工程と、光が照射された前記ターゲット表
   面を撮像する工程と、撮像情報に基づき前記ターゲット
   表面のノジュール数および発生エリアを推定する工程
   と、前記ターゲットに供給する直流電流の電流および電
   圧を検出してアーク放電の発生を検出する工程と、前記
   ターゲット表面のノジュール数、発生エリアおよびアー
   ク放電の検出結果に基づきクリーニングのタイミングを
   設定する工程とを有することを特徴とするスパッタリン
   グ方法。